4.2-二极管整流电路

学习任务二二极管整流电路二极管是最常用的半导体元件之一，它具有单向导电性。二极管整流电路是应用二极管的单向导电性，把交流电变成直流电的过程。常见的整流电路有单相半波整流、单相桥式整流和三相桥式整流。一台汽车发电机整流桥坏了一个整流二极管，请你检测并更换。二极管半波整流电路二极管整流电路什么是晶体二极管二极管原理与特性二极管单相桥式整流电路二极管三相桥式整流电路LED原理与应用电路学习目标◎知识目标（1）理解二极管的特性曲线。（2）理解正弦交流电整流的原理。（3）理解整流电路波形变换过程◎技能目标（1）掌握二极管好坏的检测。（2）掌握二极管基本电路的分析。（3）初步掌握各种二极管整流电路的分析和故障排除。◎素质目标（1）规范课堂6S管理。（2）养成团队协作的好习惯。（3）养成独立思考问题的好习惯。学习任务导入建议完成本学习任务的时间为10课时。学习内容在汽车电路中，通常情况下，发电机输出的交流电是不能直接用于用电器的，这时就需要把交流电变成直流电。把交流电变成直流电的过程称作整流，整流是利用半导体二极管的单向导电特性。晶体二极管简称二极管，一般来讲，二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，如图4-15所示，这是常态下的二极管特性。二极管是一种具有单向传导电流的半导体器件，如图4-16所示。图4-17是二极管的电路符号图，图4-18是常见的二极管实物图。获取信息引导问题1为什么要用到二极管？引导问题2什么是晶体二极管？图4-15PN结的形成（a）正向导通（b）反向截止图4-16二极管的单向导电性正向特性：硅二极管典型伏安特性曲线如图4-19所示。在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V，锗管正向管压降为0.3V，发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。从曲线图上可以看出二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻，防止电压钳位。图4-17常见二极管电路符号图4-18常见二极管实物图引导问题3二极管的特性曲线是怎样的？图4-19二极管的特性曲线反向特性：在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，此时二极管处于反向截止状态，其电流值为反向饱和电流Is，反向饱和电流几乎为零。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏。1、整流利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。2、开关二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、续流在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。4、稳压稳压二极管实质上是一个面结型硅二极管，稳压二极管工作在反向击穿状态。在二极管的制造工艺上，使它有低压击穿特性。稳压二极管的反向击穿电压恒定，在稳压电路中串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许值，因此击穿状态可以长期持续并不会损坏。5、触发触发二极管又称双向触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向可控硅，在电路中作过压保护等用途。1、电路如电路图4-20所示，图中各元件作用：V：整流二极管，把交流电变成脉动直流电；T：电源变压器，把v1变成整流电路所需的电压值v2。2、工作原理设V2为正弦波，波形如图4-21所示。（1）V2正半周时，A点电位高于B点引导问题4二极管在电路中有何作用？引导问题5什么是二极管半波整流电路？图4-20二极管半波整流电路电位，二极管V正偏导通，则VLV2；（2）V2负半周时，A点电位低于B点电位，二极管V反偏截止，则VL0。由波形可见，V2一周期内，负载只用单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。上述过程说明，利用二极管单向导电性可把交流电V2变成脉动直流电VL。由于电路仅利用V2的半个波形，故称为半波整流电路。3、负载和整流二极管上的电压和电流（1）负载电压VL：VL=0.45V2（2）负载电流IL：（3）二极管正向电流IV和负载电流IL：（4）二极管反向峰值电压VRM：1、电路如图4-22所示：2、工作原理（1）v2正半周时，如图4-23（a）所示，A点电位高于B点电位，则V1、V3导通（V2、V4截止），i1自上而下流过负载RL；（2）v2负半周时，如图4-23（b）所示，A点电位低于B点电位，则V2、V4导通（V1、V3截止），i2自上而下流过负载RL。叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。L2LLL45.0RVRVIL2LV45.0RVII22RM41.12VVV图4-21二极管半波整流波形引导问题6什么是单相桥式整流电路？图4-22单相桥式整流电路由波形图4-24可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i23、电路参数：（1）负载电压VL：（2）负载电流IL：（3）二极管的平均电流IV：（4）二极管承受反向峰值电压VRM：交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的。整流电路如图4-25（a）所示，3个正二极管的正极引出线分别同3相绕组首端相连，在某一瞬间，只有与电位最高的一相绕组相连的正二极管导通。同样，3个负二极管的引出线也同三相绕组的首端相连，在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相连的负二极管导通，这样反复循环，6只二极管轮流导通，在负载两端便得到一个较平稳的脉动的直流电压，波形如图4-25（b）所示。在发电机空载运行时，如将三相绕组和二极管内阻的电压降忽略不计，发电机的直流电动势数值为三相交流电线电压的1.35倍，是三相交流电相电压的2.34倍。每一只硅二极管在一个周期内只导通1/3的时间，流过每个管子的电流为负载电流的1/3。有些交流发电机将三相绕组中性点引出，标记为“N”接线柱，它和发电机外壳之间的电压称为中性点电压，它是通过2个中性点二极管整流后得到的直流电压，等于发电机直流输出电压的一半。中性点电压一般用来控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电指示继电器等。桥式整流电路工作过程2L9.0VVL2LLL9.0RVRVILV21II2RM2VV（a）V2为正半周时的电流方向（b）V2为负半周时的电流方向图4-23单相桥式整流电路工作原理图4-24单向桥式整流波形引导问题7三相交流整流原理是怎样的？LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶体，晶体的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。LED的内在特征决定了它具有很多优点，诸如：（a）原理图（b）波形图图4-25三相桥式整流电路原理与波形引导问题8什么是LED？图4-26LED灯珠图4-27贴片LED引导问题9LED有何优点？1、体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。2、耗电量低：LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。3、使用寿命长：有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。4、高亮度、低热量：LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。5、环保：LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。6、坚固耐用：LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固，灯体内也没有松动的部分，所以LED不易损坏。汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。各小组成员制定实施本次实训任务的具体步骤、操作方法，预期效果。步骤内容123引导问题10LED在汽车上有何应用？制定计划续上表45做出决策教师根据学生提交的计划进行审核评价，如果不通过则由教师提出整改意见，通过之后每小组根据本小组制定的计划实施任务。小组评价12345实施计划一、任务准备引导问题11完成本次学习任务需要准备哪些积木、器材？积木连线实训板万用表可调锂电池模块示波表二极管整流器板发光二极管板二极管特性实训板三相交流整流实训板三相交流发电机板电流表电压表积木板连接导线二、任务要求教学组织分组实训:全班____人，每____人一组，分为____组，___套实训器材，每组小组长一名。职责分工教师职责：课堂纪律与安全管理、实训器材管理、指导与巡查。学生职责：班长协助教师对班级全面管理与监控、学习委员负责器材管理和检查、团委书记负责安全与纪律及素质评价、副班长负责收集和反馈学生意见，实训小组长负责指导组内学习和交流。6S要求：安全整理整顿清洁清扫素养三、任务步骤步骤图示任务内容完成情况123步骤一实训积木板的认识及检查1检查固定电压输出、可调电压输出、电压显示是否正常。是□否□2波动万用表档位开关，检查功能、液晶显示是否正常。是□否□3打开示波表电源，检查显示是否正常，练习进入参数设置调节功能。是□否□4检查各个整流二极管外观有无异常，整流二极管有白边的一端是负极。是□否□5检查发光二极管外观有无异常，有缺口的一端是负极。是□否□6读识电路原理图与各接线端子的功能，检查各元件有无异常。是□否□续上表7读识电路原理图与各接线端子的功能，检查各个二极管有无异常。是□否□8三相发电机由电机带动，检查传动有无卡死，固定螺丝有无松动。是□否□9观察面板标示，按下电源开关，检查液晶显示是否正常。是□否□步骤图示工作页1使用万用表二极管档，此时红表笔接的是万用表内部电源的正极，黑表笔接的是负极；使用红表笔测量二极管正极，黑表笔测量二极管负极，二极管此时________偏置，万用表显示_______，说明____________；若万用表蜂鸣器响，说明________________。步骤二二极管的检测续上表2使用万用表二极管档，红表笔测量二极管正极，黑表笔测量